KR102479196B1 - Decompression and cooling systems for containment vessels in nuclear power plants - Google Patents

Decompression and cooling systems for containment vessels in nuclear power plants Download PDF

Info

Publication number
KR102479196B1
KR102479196B1 KR1020187014792A KR20187014792A KR102479196B1 KR 102479196 B1 KR102479196 B1 KR 102479196B1 KR 1020187014792 A KR1020187014792 A KR 1020187014792A KR 20187014792 A KR20187014792 A KR 20187014792A KR 102479196 B1 KR102479196 B1 KR 102479196B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
containment
heat exchanger
protection system
expansion engine
vapor condenser
Prior art date
Application number
KR1020187014792A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180070692A (en
Inventor
악셀 힐
Original Assignee
프라마톰 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 프라마톰 게엠베하 filed Critical 프라마톰 게엠베하
Publication of KR20180070692A publication Critical patent/KR20180070692A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102479196B1 publication Critical patent/KR102479196B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C9/00Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
    • G21C9/004Pressure suppression
    • G21C9/012Pressure suppression by thermal accumulation or by steam condensation, e.g. ice condensers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/02Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect
    • F25B9/04Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect using vortex effect
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28BSTEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B9/00Auxiliary systems, arrangements, or devices
    • F28B9/04Auxiliary systems, arrangements, or devices for feeding, collecting, and storing cooling water or other cooling liquid
    • F28B9/06Auxiliary systems, arrangements, or devices for feeding, collecting, and storing cooling water or other cooling liquid with provision for re-cooling the cooling water or other cooling liquid
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/18Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0054Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for nuclear applications
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/12Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing overpressure
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/18Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
    • G21C15/182Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat comprising powered means, e.g. pumps
    • G21C15/185Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat comprising powered means, e.g. pumps using energy stored in reactor system
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

격납용기(6) 내의 증기 및/또는 응축 가능한 가스의 감압 및 냉각 시스템(90)으로, - 배기 배관(10)을 통해 격납용기(6)에 연결되는 상류 포트와, 역송 배관(30)을 통해 격납용기(6)에 연결되는 하류 포트를 가지며 상기 역송 배관이 역송 압축기(32)를 구비하는 증기 응축기(24)와 - 증기 응축기(24)를 재냉각시키는 재냉각 시스템을 구비한다. 본 발명의 목적은 증기 응축기(24)의 효율적인 재냉각을 가능하게 하는 것이다. 본 발명에 따르면 이 목적은 상기 재냉각 시스템이 자급식이 되어 달성된다.With a system (90) for depressurization and cooling of vapors and/or condensable gases in containment vessel (6) - an upstream port connected to containment vessel (6) via exhaust pipe (10) and via back-feed pipe (30). The backfeed piping having a downstream port connected to the containment vessel (6) has a vapor condenser (24) with a backfeed compressor (32) - and a recooling system for recooling the vapor condenser (24). It is an object of the present invention to enable efficient recooling of the vapor condenser (24). According to the present invention this object is achieved by making the recooling system self-contained.

Description

원자력 발전 플랜트의 격납용기의 감압 및 냉각 시스템Decompression and cooling systems for containment vessels in nuclear power plants

본 발명은 원자력 발전 플랜트의 격납용기의 감압 및 냉각 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a decompression and cooling system for a containment vessel in a nuclear power plant.

청구항 1의 전제부에 따른 감압 및 냉각 시스템은 종래기술 WO 2014/019770 A1로 공지되어 있다. 격납용기(containment)에 연결된 전체 시스템은 격납용기 보호 시스템으로도 알려져 있다. 이는 중대한 사고의 경우 격납용기 분위기(containment atmosphere)의 감압을 촉진한다.A decompression and cooling system according to the preamble of claim 1 is known from prior art WO 2014/019770 A1. The entire system connected to the containment is also known as the containment protection system. This promotes depressurization of the containment atmosphere in case of a major accident.

이에 따라 공지의 격납용기 보호는Accordingly, the known containment protection is

- 격납용기에 연결되는 배기 흐름(exhaust stream)의 배기 배관으로, 증기 응축기(steam condenser)는 배기 배관에 접속된 상태이고,- an exhaust piping of the exhaust stream connected to the containment vessel, with a steam condenser connected to the exhaust piping;

- 증기 응축기로부터 격납용기로 흐르는 배기 흐름의 가스 부분에 대한 역송 배관(backfeed line)으로, 역송 압축기는 역송 배관에 접속된 상태이며, 그리고 - a backfeed line for the gaseous portion of the exhaust flow from the vapor condenser to the containment vessel, the backfeed compressor being connected to the backfeed line, and

- 액체 질소의 기화에 의한 증기 응축기의 재냉각(re-cooling)을 구비한다.- Re-cooling of the vapor condenser by vaporization of liquid nitrogen is provided.

배기 흐름 내에 포함된 증기와 응축 가능한 가스들은 증기 응축기에서 응축된다. 그 다음, 배기 흐름의 감압된 가스 부분이 역송 배관을 통해 격납용기로 역송 공급되는데, 압력 구배의 극복을 위해 이에 대해 역송 압축기가 접속된다, 증기 응축기에 축적된 응축액(condensate)도 유사한 방식으로 격납용기에 역송 공급될 수 있다.Vapors and condensable gases contained in the exhaust stream are condensed in the vapor condenser. The depressurized gas portion of the exhaust stream is then fed back to the containment via a backfeed piping, to which a backfeed compressor is connected to overcome the pressure gradient. The condensate accumulated in the steam condenser is contained in a similar manner. Can be fed back to the vessel.

작동 중에, 다량의 열이 증기 응축기에 집결됨으로써 열 싱크(heat sink)로 기능할 능력을 저하시켜 응축 공정에 악영향을 미칠 수 있다.During operation, large amounts of heat can collect in the vapor condenser, which can adversely affect the condensation process by reducing its ability to function as a heat sink.

액체 질소의 기화에 의한 증기 응축기의 공지의 재냉각은 비싸고 공간 소모적인 다량의 저장된 질소를 요구한다.Known recooling of vapor condensers by vaporization of liquid nitrogen requires large amounts of stored nitrogen, which is expensive and space consuming.

본 발명의 목적은 전술한 감압 및 냉각 시스템 또는 격납용기 보호 시스템에서 증기 응축기의 효과적이고 신뢰성 높은 재냉각을 가능하게 하는 것이다.It is an object of the present invention to enable effective and reliable re-cooling of the vapor condenser in the aforementioned decompression and cooling systems or containment protection systems.

본 발명에 따르면, 이 목적은 청구항 1의 특징들을 가지는 감압 및 냉각 시스템에 의해 달성된다.According to the invention, this object is achieved by a decompression and cooling system having the features of claim 1 .

바람직한 실시예들은 종속항들과 이하의 상세한 설명에 규정된다.Preferred embodiments are defined in the dependent claims and the detailed description below.

이에 따라 청구된 시스템의 핵심적 특징은 증기 응축기의 재냉각을 위한 자급식(self-sustaining) 냉각 회로(cooling circuit)인데, 이 냉각 회로는 바람직하기로 증기 응축기에 열적 결합된(thermally coupled) 제1 열교환기를 구비하고, 팽창 기관(expansion engine)과, 압축기 펌프와, 그리고 열 싱크에 열적 결합된 제1 열교환기를 더 구비하며, 팽창 기관이 압축기 펌프를 작동시킨다(power).A key feature of the system thus claimed is a self-sustaining cooling circuit for recooling of the steam condenser, preferably a first thermally coupled to the steam condenser. and a first heat exchanger thermally coupled to an expansion engine, a compressor pump, and a heat sink, wherein the expansion engine powers the compressor pump.

이러한 방법으로 증기 응축기의 수동적(passive) 재냉각이 달성되는데, 이는 배기 흐름에 포함된 에너지의 회수(recuperation)와 활용의 원리에 기반한다. 전체 냉각 회로는 시동(startup) 동안까지도 자주적(autonomous) 방식으로 작동한다.In this way, passive recooling of the steam condenser is achieved, which is based on the principle of recovery and utilization of the energy contained in the exhaust stream. The entire cooling circuit works autonomously even during startup.

냉각 회로의 바람직한 실시예는 제1 열교환기와 팽창 기관 사이의 냉각 회로 내에 과열기(superheater)를 구비하는데, 과열기는 배기 흐름에 의해 가열되도록 배기 배관에 열적 결합된다. 이에 따라 냉매의 온도는 팽창 기관에 진입하기 전에 상승되고, 그 결과 팽창 기관의 출력(yield)은 냉각 회로에 추가적인 열을 도입하는 단점과 함께 증가된다.A preferred embodiment of the cooling circuit includes a superheater in the cooling circuit between the first heat exchanger and the expansion engine, which is thermally coupled to the exhaust pipe to be heated by the exhaust flow. The temperature of the refrigerant is thereby increased before entering the expansion engine, so that the yield of the expansion engine is increased, with the disadvantage of introducing additional heat into the cooling circuit.

특히 바람직한 실시예에서, 이 단점은 압축기 펌프와 제1 열교환기 사이의 냉각 회로에 와류 냉각기(vortex cooler) 또는 와류관(vortex tube)을 접속시킴으로써 보상될 수 있다. 와류관은 바람직하기로 가동 부품(moving part)들이 없는 완전히 수동적인 냉각 장치이다. 이러한 맥락에서 와류관은 과열기에 의해 냉각 회로에 도입된 과도한 열을 제거한다. 이에 따라 냉각 회로의 찬 부분(cold section)과 뜨거운 부분(hot sector) 간의 온도 차이가 증가하여 전체적인 냉각 효율이 향상된다.In a particularly preferred embodiment, this drawback can be compensated for by connecting a vortex cooler or vortex tube to the cooling circuit between the compressor pump and the first heat exchanger. The swirl tube is preferably a completely passive cooling device without moving parts. In this context, the vortex tube removes the excess heat introduced into the cooling circuit by the superheater. Accordingly, the temperature difference between the cold section and the hot sector of the cooling circuit increases, thereby improving overall cooling efficiency.

바람직한 실시예에서, 재결합기 유닛(recombiner unit)이 증기 응축기 상류의 배기 배관에 접속된다, 재결합기 유닛은 바람직하기로 수동적인 자가촉매(autocatalytic) 재결합기를 구비하여 배기 흐름에 포함된 무염(flameless) 수소를 산소와 재결합시킴으로써 수증기(water vapor) 또는 증기(steam)를 산출한다. 이와는 달리 또는 추가적으로 재결합기가 일산화탄소를 산소와 촉매 재결합하여 이산화탄소를 산출하도록 구성될 수 있다.In a preferred embodiment, a recombiner unit is connected to the exhaust piping upstream of the vapor condenser. Recombining hydrogen with oxygen yields water vapor or steam. Alternatively or additionally, the recombiner may be configured to catalytically recombine carbon monoxide with oxygen to produce carbon dioxide.

한 유용한 실시예에서, 냉각 회로는 냉매를 초임계 상태(super-critical state)로 순환시키도록 구성될 수 있다.In one useful embodiment, the cooling circuit may be configured to circulate the refrigerant in a super-critical state.

바람직하기로, 냉각 회로 내를 순환하는 냉매는 100 ℃ 미만, 바람직하기로 80 ℃ 미만의 비등 온도를 가진다. 이는 열 소스(heat source)와 열 싱크(heat sink) 간의 구동 온도 차(driving temperature difference)가 비교적 낮은 경우에도 냉각 회로의 시동과 자급 작동을 뒷받침한다.Preferably, the refrigerant circulating in the cooling circuit has a boiling temperature of less than 100 °C, preferably less than 80 °C. This supports startup and self-sustaining operation of the cooling circuit even when the driving temperature difference between the heat source and heat sink is relatively low.

특히 적합한 냉매는 이산화탄소이다.A particularly suitable refrigerant is carbon dioxide.

한 바람직한 실시예에서 냉각 회로 내의 팽창 기관은 증기 터빈(steam turbine)이다.In a preferred embodiment the expansion engine in the cooling circuit is a steam turbine.

다른 바람직한 실시예에서, 팽창 기관과 압축기 펌프는 서로 기계적으로 결합되는데, 바람직하기로 공통의 축(common shaft)을 통해 결합된다.In another preferred embodiment, the expansion engine and compressor pump are mechanically coupled to each other, preferably via a common shaft.

또 다른 바람직한 실시예에서, 팽창기관은 또한 송풍기(blower)도 작동시키는데, 송풍기는 공기 냉각기(air cooler)를 지향한다. 이에 따라 공기 냉각기의 (냉각) 능력이 향상된다.In another preferred embodiment, the expansion engine also operates a blower, which blower is directed at an air cooler. This improves the (cooling) capacity of the air cooler.

바람직하기로, 팽창 기관은 또한 역송 압축기를 적어도 부분적으로 작동시킨다.Preferably, the expansion engine also at least partially operates the backfeeding compressor.

전체 격납용기 보호 시스템은 바람직하기로 주변 환경으로의 방사성 물질의 제로 방출(zero-release)을 목표로 설계된다. (방출) 대신, 배기 증기의 가스 부분과 바람직하기로는 응축된 액체 부분도 격납용기 내로 역송 공급된다. 기존의 시스템과 비교할 때, 자연히(by default) 외부 대기로의 환기가 없다(그러나 여전히 (외기 환기를) 선택할 수 있다).The entire containment protection system is preferably designed with the goal of zero-release of radioactive material into the environment. Instead of (discharge), the gaseous portion of the exhaust vapor and preferably the condensed liquid portion are also fed back into the containment. Compared to conventional systems, there is no ventilation to the outside atmosphere by default (but you can still choose (outside ventilation)).

대체적으로, 본 발명에 따른 감압 및 냉각 시스템/격납용기 보호 시스템은 심각한 사고 이후의 핵 붕괴열(nuclear decay heat)의 제거와 방사성 핵분열 산출물들의 주변 환경으로의 방출 없이 격납용기의 압력 방출(pressure relief)을 촉진한다. 심각한 사고 동안이라도 부정적 영향은 플랜트에 한정되며 주변 환경에는 영향(방사능 오염)이 없다. 격납용기의 핵에너지 내용물(붕괴열)과 함께 연소성 가스(H2, CO)들의 에너지 내용물은 에너지와 냉매의 외부 공급 없이 격납용기의 완전성(integrity)을 장기간 유지하는 수동적 및 자급식 공정/시스템에 사용된다. 잉여 동력을 생성하는 수동적 냉각 사이클은 수동적 열 제거와 냉각이 요구되는 다른 많은 응용분야들에 사용될 수 있다.In general, the depressurization and cooling system/container protection system according to the present invention provides for removal of nuclear decay heat after a catastrophic accident and pressure relief of the containment without release of radioactive fission products into the environment. promote Even during a serious accident, the negative effects are confined to the plant and there is no effect on the surrounding environment (radioactive contamination). The energy content of the combustible gases (H 2 , CO) together with the nuclear energy content (decay heat) of the containment is used in passive and self-contained processes/systems that maintain the integrity of the containment for a long period of time without an external supply of energy and refrigerant. do. Passive cooling cycles that generate surplus power can be used in many other applications where passive heat removal and cooling are required.

본 발명의 예시적 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 이하에 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 플랜트 보호 시스템의 제1 변형예의 간략화된 개략도를 보인다.
도 2는 플랜트 보호 시스템의 제2 변형예를 보인다.
도 3은 제3 변형예를 보인다.
도 4는 플랜트 보호 시스템에 채택된 열역학 과정을 보이는 도표이다.
Exemplary embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
1 shows a simplified schematic diagram of a first variant of a plant protection system according to the invention.
2 shows a second variant of the plant protection system.
3 shows a third modified example.
Figure 4 is a diagram showing the thermodynamic process employed in the plant protection system.

도 1을 더 상세히 살피면, 부분만 여기 도시된 핵 발전 플랜트(nuclear power plant; 2)는 원자로 압력용기(reactor pressure vessel)(도시 안 됨)를 둘러싸는 격납용기 벽(containment wall; 4)과 핵 냉각 회로의 관련 구성부들을 구비한다. 격납용기 벽(4)은 어떤 비상시 방사성 증기 또는 가스를 최대 압력까지 수납하도록 설계된다, 격납용기 벽(4) 내부의 영역은 격납용기(6)로도 알려져 있다.Looking more closely at FIG. 1, a nuclear power plant 2, shown here only in part, includes a containment wall 4 surrounding a reactor pressure vessel (not shown) and a nuclear power plant. and the relevant components of the cooling circuit. The containment wall 4 is designed to contain radioactive vapors or gases up to maximum pressure in case of emergency. The area inside the containment wall 4 is also known as containment 6.

격납용기(6) 내부의 압력이 전형적으로 대기압에 대해 1 내지 3 바(bar)의 범위에 있는 임계값을 초과하면, 격납용기 보호 시스템(8)이 감압(depressurization)을 촉진한다. 이를 위해 격납용기 보호 시스템(8)은 배기 흐름(exhaust stream)을 위한 배기 배관(exhaust line; 10)을 구비한다. 배기 배관(10)은 격납용기(6) 내부에 유입구 구멍(inlet aperture)을 가지며 격납용기 벽(4)을 관통한다. 핵 발전 플랜트(2)의 정상 작동 동안 이 배관은 바람직하기로 격납용기 벽(4)의 바로 뒤에 위치하는 적어도 하나의 차단 밸브(shut-off valve; 12)에 의해 폐쇄된다. 격납용기(6)의 감압을 가능하도록 하기 위해 차단 밸브(12)가 개방되고 격납용기(6)와 본질적으로 대기압과 동일한 압력의 배기 배관(12)의 저압부 간의 압력차에 의해 구동되어 배기 흐름이 시작된다. 배기 흐름의 질량 유량은 전형적으로, 격납용기 내의 사고후(post-accident) 붕괴열(decay-heat)(1000 내지 1600MW 발전 플랜트에서 약 10 내지 20MW의 붕괴열)에 따라 2 내지 10 kg/s의 값에 달한다.When the pressure inside containment vessel 6 exceeds a threshold value, which typically ranges from 1 to 3 bar relative to atmospheric pressure, containment protection system 8 promotes depressurization. For this purpose, the containment protection system 8 has an exhaust line 10 for the exhaust stream. The exhaust pipe 10 has an inlet aperture inside the containment vessel 6 and penetrates the containment vessel wall 4 . During normal operation of the nuclear power plant 2 this piping is closed by means of at least one shut-off valve 12 preferably located immediately behind the containment wall 4 . To allow depressurization of the containment vessel 6, the shut-off valve 12 is opened and driven by the pressure difference between the containment vessel 6 and the low-pressure part of the exhaust pipe 12 at a pressure essentially equal to atmospheric pressure so that the exhaust flow this begins The mass flow rate of the exhaust stream is typically at a value of 2 to 10 kg/s, depending on the post-accident decay-heat in the containment (approximately 10 to 20 MW of decay heat in a 1000 to 1600 MW power plant). reach

전형적으로, 배기 흐름은 (예를 들어 >4% 함량의) 수소를 포함하는데, 이는 산소와 조합되어 폭발성 가스 혼합물을 형성함으로써 전체 설비를 위험에 빠뜨린다. 그러므로 바람직하기로 복수의 수동적(passive) 자가 촉매(autocatalytic) 재결합기(recombiner)들을 가지는 재결합기 유닛(14)이 수소와 산소를 무해한 수증기9water vapor) 또는 증기(steam)로 변환하기 위해 배기 배관(10)에 접속된다. 이와는 달리 또는 추가적으로, 일산화탄소를 이산화탄소로 변환하는 촉매(catalytic) 재결합기도 존재한다. 재결합 과정의 발열(exothermic) 특성에 따라 배기 증기가 뜨거워져 전형적으로 400 ℃ 내지 800 ℃ 범위의 온도에 달하게 된다. 이에 따라 배기 흐름 중의 증기 부분은 대략 등압 과정(isobaric process)에서 과열(overheat)된다.Typically, the exhaust stream contains hydrogen (eg in >4% content), which in combination with oxygen forms an explosive gas mixture, endangering the entire plant. Therefore, the recombiner unit 14, which preferably has a plurality of passive autocatalytic recombiners, converts hydrogen and oxygen into harmless water vapor or steam. 10) is connected. Alternatively or additionally, there are also catalytic recombiners that convert carbon monoxide to carbon dioxide. The exothermic nature of the recombination process causes the exhaust steam to become hot, reaching temperatures typically in the range of 400 °C to 800 °C. The vapor portion of the exhaust flow is thus overheated in an approximately isobaric process.

재결합기 유닛(14)은 배기 배관(20)의 격납용기(6) 내부의 부분에 위치할 수 있지만, 바람직한 위치는 격납용기(6) 바로 뒤의 격납용기(6) 외부이다. 그러면 격납용기 벽(4)의 관통부(lead-through)에서의 과도히 높은 온도를 피할 수 있다.The recombiner unit 14 can be located on the inside portion of the containment vessel 6 of the exhaust piping 20, but a preferred location is outside the containment vessel 6 immediately after the containment vessel 6. Excessively high temperatures in the lead-through of the containment wall 4 can then be avoided.

재결합기 유닛(14) 입구의 화염 억제기(flame arrestor; 16)는 격납용기(6)로부터의 가스 혼합물의 돌발적인 점화가 격납용기 보호 시스템(8)으로 전파되는 것을 방지하며, 그 역도 마찬가지다.A flame arrestor 16 at the inlet of the recombiner unit 14 prevents accidental ignition of the gas mixture from the containment vessel 6 from propagating to the containment protection system 8 and vice versa.

선택적으로, 후속적인 재결합 공정에 필요/유용한 경우 배기 흐름 내의 산소 함량을 높이기 위해 산소의 저장 용기(storage container; 18)가 공급 배관(feeding line; 20)을 통해 배기 배관(10) 또는 재결합기 유닛(14)에 연결된다(도 3 참조)Optionally, a storage container 18 of oxygen is passed through a feeding line 20 to an exhaust piping 10 or recombiner unit to increase the oxygen content in the exhaust stream when necessary/useful for a subsequent recombination process. (14) (see Fig. 3)

재결합기 유닛(14)의 하류에서 배기 흐름은 예를 들어 입자 필터(particle filter) 또는 흡착제 필터(sorbent filter)인 (선택적) 필터 유닛(22)을 통과할 수 있다.Downstream of the recombiner unit 14, the exhaust stream may pass through an (optional) filter unit 22, for example a particle filter or a sorbent filter.

더 하류에서, 배기 흐름은 증기 응축기(steam condenser; 24)로 유도되어 거기서 배기 흐름 내의 증기 부분이 액상 물질로 응축된다. 응축에 관련된 압력 방출(pressure relief)이 존재한다. 증기 응축기(24)는 액상 응축물(condensate)이 바닥 영역에 축적되는 용기(16)를 구비한다. 유입되는 배기 흐름은 바람직하기로 복수의 분사 노즐(28)들에 의해 액상(응축물)으로 분사(직접적 응축이 이뤄짐)되어, 장치는 가스 성분들에 대한 세척기(washer) 또는 습식 세정기(wet scrubber)로도 기능한다. 아직 응축물이 없는 환기 과정(vent process)의 시작시, 용기(16)는 (보조적) 냉각 액체의 초기 분량(initial inventory)이 적어도 부분적으로 충전될 수 있다.Further downstream, the exhaust stream is led to a steam condenser 24 where the vapor portion of the exhaust flow is condensed into liquid substances. There is pressure relief associated with condensation. The vapor condenser 24 has a vessel 16 in which liquid condensate accumulates in the bottom area. The incoming exhaust stream is preferably sprayed (directly condensed) in the liquid phase (condensate) by means of a plurality of spray nozzles 28, so that the device is a washer or wet scrubber for gaseous components. ) also functions. At the start of the vent process, which is not yet condensate free, vessel 16 may be at least partially filled with an initial inventory of (auxiliary) cooling liquid.

배기 흐름의 응축 불가능한 가스 부분은 액상 (응축물) 위의 용기(26) 상부 영역의 가스 공간에 축적된다. 이로부터 이는 압력차를 극복하기 위해 역송 압축기(32)가 접속된 역송 배관(backfeed line; 30)을 통해 격납용기(26)로 역송 공급된다.The non-condensable gaseous portion of the exhaust stream accumulates in the gas space in the upper region of vessel 26 above the liquid phase (condensate). From there it is fed back to the containment vessel 26 through a backfeed line 30 to which a backfeed compressor 32 is connected to overcome the pressure difference.

용기(26)의 바닥에 부착된 다른 역송 배관(34)은 역송 펌프(36)에 의해 액상 응축물을 액상 응축물을 다시 격납용기(6)로 공급하도록 해준다.Another backfeed pipe 34 attached to the bottom of the vessel 26 allows the liquid condensate to be fed back to the containment vessel 6 by the backfeed pump 36.

증기 응축기(24)를 재냉각(re-cooling)할 목적으로 제1 열교환기(40)와, 팽창 기관(expansion engine; 42)와, 제2 열교환기(44)와, 그리고 압축기 펌프(46)을 구비하는 자급식(self-sustaining) 냉각 회로(38)가 존재한다.A first heat exchanger 40, an expansion engine 42, a second heat exchanger 44, and a compressor pump 46 for the purpose of re-cooling the steam condenser 24 There is a self-sustaining cooling circuit 38 comprising:

제1 열교환기(40)는 증기 응축기(240에 열적 결합되어(thermally coupled) 냉각 회로(38)를 순환하는 냉매/열전달 매체의 히터로 기능한다. 바람직하기로, 제1 열교환기(4)는 용기(26) 내의 격납용기 보호 시스템(8)의 배기/환기 작동 동안 정상적으로 액체가 충전되는 영역 내부에 배치된다. 달리 말해, 제1 열교환기(40)는 바람직하기로 증기 응축기(24) 내에 축적된 액체에 잠겨 열 소스(heat source)로 기능한다. The first heat exchanger 40 is thermally coupled to the vapor condenser 240 and functions as a heater for the refrigerant/heat transfer medium circulating in the cooling circuit 38. Preferably, the first heat exchanger 4 It is located inside the area normally filled with liquid during the evacuation/ventilation operation of the containment protection system 8 in the vessel 26. In other words, the first heat exchanger 40 preferably accumulates in the vapor condenser 24. immersed in a liquid that serves as a heat source.

냉각 회로(38)에서 제1 열교환기(40)의 하류에 위치한 팽창 기관(42)은 바람직하기로 증기 터빈(steam turbine)이다. 가열된 냉매는 팽창 기관(42)에서 팽창되어 에너지가 기계적 일(mechanical work)로 변환된다.The expansion engine 42 located downstream of the first heat exchanger 40 in the cooling circuit 38 is preferably a steam turbine. The heated refrigerant is expanded in the expansion organ 42 and energy is converted into mechanical work.

더 하류에는, 주변 환경과 연결되어 팽창된 냉매의 냉각기(cooler)로 기능하는 제2 열교환기(44)가 존재한다. 이는 공기 냉각기(air cooler)로 구현되는 것이 바람직하다. 즉 냉매에 포함된 과도한 열은 열 싱크(heat sink)로 기능하는 주변 대기/환경으로 전달된다.Further downstream, there is a second heat exchanger 44 that is connected to the surrounding environment and functions as a cooler for the expanded refrigerant. This is preferably implemented as an air cooler. That is, the excess heat contained in the refrigerant is transferred to the surrounding atmosphere/environment, which acts as a heat sink.

더 하류에서, 팽창 및 재냉각된 냉매는 바람직하기로 터보 압축기(turbo-compressor) 방식으로 강제 순환의 원리에 따라 냉각 회로(38)를 구동시키는 압축기 펌프(46)를 통과하게 된다.Further downstream, the expanded and recooled refrigerant is passed through a compressor pump 46 which drives a cooling circuit 38 on the principle of forced circulation, preferably in a turbo-compressor manner.

다음, 냉매가 다시 제1 열교환기(40)로 유도됨으로써 냉각 회로(38)가 닫힌다. Then, the refrigerant is led back to the first heat exchanger 40 so that the cooling circuit 38 is closed.

이에 따라 냉각 회로(38)는 증기 응축기(24)(전형적 온도: 90 ℃)에 열적 결합된 제1 열교환기(40)와 주변 환경(전형적 온도: 20 내지 40 ℃)에 열적 결합된 제2 열교환기(44) 간의 열 차이(heat difference)에 의해 효율적으로 구동되는 닫힌 열역학 사이클을 형성한다.Accordingly, the cooling circuit 38 has a first heat exchanger 40 thermally coupled to the vapor condenser 24 (typical temperature: 90 °C) and a second heat exchanger thermally coupled to the surrounding environment (typical temperature: 20 to 40 °C). It forms a closed thermodynamic cycle efficiently driven by the heat difference between the groups 44.

가능한 구현예에서, 냉각 회로(38)는 제1 열교환기(40)(히터)가 냉매에 대한 기화기(evaporator)로 기능하고 제2 열교환기(44)(냉각기)가 응축기로 기능하는 2상(two-phase) 회로이다. 이 경우, 냉매는 증기 응축기(24) 내의 열 소스의 전형적 온도 범위에 맞추도록 바람직하기로 100 ℃ 미만, 더 바람직하기로 80 ℃ 미만의 비등 온도를 가진다.In a possible implementation, the cooling circuit 38 is a two-phase (heater) functioning as an evaporator for the refrigerant and the second heat exchanger 44 (cooler) functioning as a condenser. It is a two-phase circuit. In this case, the refrigerant preferably has a boiling temperature of less than 100 °C, more preferably less than 80 °C to match the typical temperature range of the heat source in the vapor condenser 24.

그러나 바람직한 실시예에서, 냉각 회로(38)는 초임계 상태(super-critical state)로 냉매/액체를 순환시키도록 설계된다. 이 목적에 적절한 냉매는 예를 들어 31.0 ℃의 임계 온도와 73.8 바(bar)의 임계 압력을 가지는 이산화탄소(CO2)이다. 즉 냉각 회로(38)는 임계 압력 이상의 이러한 고압을 버티도록 설계되어야 한다. 작동의 초임계 모드는 대응하는 높은 열전달 능력을 가지는 냉매의 높은 밀도와 냉각 회로(38)의 배관 시스템 네에서의 여전히 높은 유동성(fluidity) 때문에 유용하다.However, in a preferred embodiment, the cooling circuit 38 is designed to circulate the refrigerant/liquid in a super-critical state. A suitable refrigerant for this purpose is, for example, carbon dioxide (CO 2 ) with a critical temperature of 31.0° C. and a critical pressure of 73.8 bar. That is, the cooling circuit 38 must be designed to withstand these high pressures above the critical pressure. The supercritical mode of operation is advantageous because of the high density of the refrigerant with a correspondingly high heat transfer capability and still high fluidity in the piping system of the cooling circuit 38.

초임계 유체, 여기서는 이산화탄소 기반 냉매에 대한 기저의 주울 과정(Joule process)은 도 4의 도표에 시각화되어 있는데, 압력(p)이 엔탈피(enthalpy; h)에 대해 표시되어 있다(p-h 도표). 팽창 기관(42)에서의 액체의 팽창과 압축기 펌프(46)에 의한 압축은 대략 등엔트로피(isentropic) 과정인 반면, 대응 열교환기(40, 440들에서의 가열과 냉각은 대략 등압(isobaric) 과정이다, 이런 종류의 과정 제어는 사용 가능한 과도한 에너지의 높은 출력(yield)에 특히 적절하다.The underlying Joule process for a supercritical fluid, here a carbon dioxide-based refrigerant, is visualized in the diagram of FIG. 4, where pressure p is plotted against enthalpy (h) (p-h diagram). The expansion of the liquid in the expansion engine 42 and the compression by the compressor pump 46 are approximately isentropic processes, whereas the heating and cooling in the corresponding heat exchangers 40 and 440 are approximately isobaric processes. , this kind of process control is particularly suitable for high yields of excess energy available.

다시 도 1에서, 냉각 회로(38)의 자급식 작동을 위해 팽창 기관(42)이 압축기 펌프(46)를 작동시킨다. 이는 바람직하기로 팽창 기관(42)과 압축기 펌프(46)를 바람직하기로 공통의 축(common shaft)을 통해 서로 기계적으로 결합시킴으로써 달성되고, 필요하다면 그 사이에 변속 장치(transmission gearing)를 포함할 수 있다. 그러나 다른 변형예 역시 가능한데, 예를 들어 발전기(48)의 도움을 받는 전기 에너지의 생성을 통할 수 있다. 그러면 생성된 전기가 압축기 펌프(46)의 모터를 구동할 수 있다. 필요하다면 축전지(accumulator) 등의 적절한 저장 유닛들에 전기 에너지의 일시적 저장도 이뤄질 수 있다. Referring again to Figure 1, for self-contained operation of the cooling circuit 38, the expansion engine 42 operates the compressor pump 46. This is preferably achieved by mechanically coupling the expansion engine 42 and the compressor pump 46 to each other, preferably via a common shaft, and if necessary to include transmission gearing therebetween. can However, other variants are also possible, for example through the generation of electrical energy with the aid of a generator 48 . The generated electricity can then drive the motor of the compressor pump 46 . If necessary, temporary storage of electrical energy in suitable storage units, such as accumulators, may also take place.

효율적인 작동을 위해, 추가적인 열교환기(50)가 냉각 회로의 제1 열교환기(40)의 하류이자 팽창 기관(42)의 상류에 접속될 수 있다. 열교환기(50)의 2차 측(secondary side)은 뜨거운 배기 흐름의 분지 흐름(branch stream)이 가열 매체로 기능하도록 재결합기 유닛(14)과 증기 응축기(24) 사이의 배기 배관(10)의 뜨거운 부분에 연결된다. 배기 배관(10)의 전용(dedicated) 드로틀 밸브(throttle valve; 52)(도 2 참조) 및/또는 필터 유닛(22)(도 1 참조) 및/또는 증기 터빈(66)(도 3 참조) 등의 다른 장치가 능동적 구동 수단 없이 분지 흐름을 증기 응축기(80) 앞의 주(main) 배기 흐름으로 역송 공급시킬 수 있게 하는 드로틀로 기능한다. 이는 열교환기(50)의 공급 배관(80)이 (배기 흐름의 방향에서 볼 때) 드로틀 부 앞의 배기 배관(10)으로부터의 분지관이고, 복귀 배관(82)이 드로틀 부 뒤의 배기 배관(10)에 통합된다는 것을 의미한다.For efficient operation, an additional heat exchanger 50 can be connected downstream of the first heat exchanger 40 and upstream of the expansion engine 42 of the cooling circuit. The secondary side of the heat exchanger 50 is the portion of the exhaust piping 10 between the recombiner unit 14 and the vapor condenser 24 so that a branch stream of the hot exhaust stream serves as a heating medium. connected to the hot part. Dedicated throttle valve 52 (see FIG. 2 ) and/or filter unit 22 (see FIG. 1 ) and/or steam turbine 66 (see FIG. 3 ) of exhaust piping 10 , etc. Another device in the throttle acts as a throttle allowing the branch stream to be fed back into the main exhaust stream before the steam condenser 80 without active means of drive. This means that the supply pipe 80 of the heat exchanger 50 is a branch pipe from the exhaust pipe 10 before the throttle section (viewed in the direction of the exhaust flow), and the return pipe 82 is the exhaust pipe after the throttle section ( 10) to be integrated.

이와 같이, 추가적 열교환기(50)는 냉각 회로(38)를 순환하는 냉매가 팽창 기관(42)로 진입하기 전의 회수 과열기(recuperative superheater)로 기능한다. 이에 따라 추가적 열을 냉각 회로(38)에 도입시키는 잠재적 단점은 있지만 팽창 기관(42)의 출력(yield)이 향상된다. As such, the additional heat exchanger 50 functions as a recuperative superheater before the refrigerant circulating in the cooling circuit 38 enters the expansion engine 42 . This improves the yield of the expansion engine 42 at the potential disadvantage of introducing additional heat into the cooling circuit 38 .

도 2에 도시된 한 바람직한 실시예에서, 냉각 매체가 주 열 소스 내의 제1 열교환기(40)에 재진입하기 전에 더 냉각시키기 위해 와류 냉각기(vortex cooler; 54)가 압축기 펌프(46)의 하류에 설치된다. 와류 냉각기(54) 또는 와류관(vortex tube)은 가동 부품(moving part)들이 없이 와류(vortex flow)에 의해 유체 흐름을 뜨겁고 찬 분지 흐름으로 분리하는 기계적 장치이다. 그러면 찬 흐름은 찬 유체 배관(56)을 통해 제1 열교환기(40)로 진입하고 뜨거운 분지 흐름은 뜨거운 유체 배관(58)을 통해 과열기(50) 직전 또는 과열기의 주 냉각 루프(loop)에 재분사된다. 이러한 방법으로 전술한 단점이 보상되거나 제거되어 시스템의 전체적인 냉각 효율이 향상됨이 입증되었다.In one preferred embodiment shown in FIG. 2, a vortex cooler 54 is downstream of the compressor pump 46 to further cool the cooling medium before re-entering the first heat exchanger 40 in the main heat source. installed The vortex cooler 54 or vortex tube is a mechanical device that separates a fluid stream into hot and cold branched streams by vortex flow without moving parts. The cold flow then enters the first heat exchanger (40) through the cold fluid pipe (56) and the hot branch flow through the hot fluid pipe (58) just before the superheater (50) or back to the main cooling loop of the superheater. is sprayed It has been demonstrated that in this way the aforementioned disadvantages are compensated for or eliminated and the overall cooling efficiency of the system is improved.

와류관 내에는, 가압 유체가 선회실(swirl chamber; 60)에 접선방향으로 분사되어 높은 회전 속도로 가속된다. 관 단부의 원추형 노즐(62) 때문에 압축 유체의 외측 표면 부분(outer shell)만이 그 단부에서 탈출이 허용된다. 유체의 나머지는 외측 와류 내부의 감소된 직경의 내부 와류로 강제로 복귀된다, 이 장치의 냉각 효율은 비교적 낮지만 이 장치는 가동 부품들이 없이 완전히 수동적이다.Inside the swirl tube, a pressurized fluid is injected tangentially into a swirl chamber 60 and accelerated to a high rotational speed. Because of the conical nozzle 62 at the end of the tube, only the outer shell of the pressurized fluid is allowed to escape at that end. The remainder of the fluid is forced back into an inner vortex of reduced diameter inside the outer vortex. Although the cooling efficiency of this device is relatively low, the device is completely passive with no moving parts.

도 1 및 2 모두에 도시된 바람직한 실시예에서, 팽창 기관(42)은 또한 그 냉각 효율을 향상시키기 위해 제2 열교환기(44)(일명 공기 냉각기)를 지향하는 송풍기(blower; 64) 역시 작동시킨다. 이는 기계적 결합을 통해 또는 도시된 바와 같이 발전기(48)에서 생성된 전기 에너지에 의해 간접적으로 이뤄질 수 있다.In the preferred embodiment shown in both Figures 1 and 2, the expansion engine 42 also operates a blower 64 directed at the second heat exchanger 44 (aka air cooler) to improve its cooling efficiency. let it This may be done through a mechanical coupling or indirectly by electrical energy generated in generator 48 as shown.

유사한 방법으로, 팽창 기관(420은 역송 압축기(32) 및/또는 역송 펌프(36)를 적어도 부분적으로 작동시킬 수 있다.In a similar manner, expansion engine 420 may at least partially actuate backfeeding compressor 32 and/or backfeeding pump 36 .

도 3에 도시된 격납용기 보호 시스템의 변형예는 재결합기 유닛914)와 증기 응축기(24) 사이의 배기 배관(10)에 증기 터빈(66)이 접속된다는 점에서 도 1의 변형예와 다르다. 증기 터빈(66)은 역송 압축기(32) 및/또는 역송 펌프(36)를 적어도 부분적으로 구동하기 위해 배기 흐름에 포함된 열에너지의 일부를 기계적 일(mechanical work)로 변환한다(대략 등엔트로피 과정). 이는 예를 들어 증기 터빈(66)과 역송 압축기(32) 및/또는 역송 펌프(36)의 기계적 결합을 통해 직접적으로, 및/또는 발전기(68)에 의한 전기 에너지의 발전을 통래 간접적으로 이뤄질 수 있다. 이는 또한 단일한 축 상의 터빈-압축기-발전기 유닛을 구비해도 가능하다. 필요하다면, 축전지(accumulator) 등의 적절한 저장 유닛에 전기 에너지의 일시적 저장도 이뤄질 수 있다.The variant of the containment protection system shown in FIG. 3 differs from the variant of FIG. 1 in that a steam turbine 66 is connected to the exhaust piping 10 between the recombiner unit 914 and the steam condenser 24 . The steam turbine 66 converts a portion of the thermal energy contained in the exhaust stream into mechanical work for at least partially driving the backfeeding compressor 32 and/or the backfeeding pump 36 (roughly an isentropic process). . This may be achieved directly, for example, through mechanical coupling of the steam turbine 66 with the backfeeding compressor 32 and/or the backfeeding pump 36, and/or indirectly through the generation of electrical energy by the generator 68. there is. This is also possible with a turbine-compressor-generator unit on a single shaft. If necessary, temporary storage of electrical energy may also be effected in a suitable storage unit, such as an accumulator.

뿐만 아니라, 증기 터빈(66)에 의해 생성된 기계적 및/또는 전기적 동력은 냉각 회로(38)의 압축기 펌프(46) 및/또는 송풍기(64)를 적어도 부분적으로 구동하는 데 사용될 수 있다.In addition, mechanical and/or electrical power generated by steam turbine 66 may be used to at least partially drive compressor pump 46 and/or blower 64 of refrigeration circuit 38 .

일반적으로, 회수 가능한 초과 에너지는 배기 흐름에 포함된 수소 함량과 역송 펌프(32)에 필요한 동력에 좌우되는데, 이는 다시 환기 작동 동안의 격납용기(6)와 증기 응축기(24) 간의 압력차에 좌우된다.In general, the recoverable excess energy depends on the hydrogen content contained in the exhaust stream and on the power required for the backfeed pump 32, which in turn depends on the pressure difference between the containment vessel 6 and the steam condenser 24 during ventilation operation. do.

도 3에 따른 실시예에서, 과열기(50)를 위한 공급 배관(80)이 증기 터빈(66) 상류의 배기 배관(10)에 부착되는 한편, 복귀배관(82)은 하류에 부착된다.In the embodiment according to FIG. 3 , the supply pipe 80 for the superheater 50 is attached to the exhaust pipe 10 upstream of the steam turbine 66 , while the return pipe 82 is attached downstream.

도 2로 설명된 와류 냉각기(54)는 도 3에 따른 실시예에도 역시 마찬가지 방법으로 사용될 수 있다.The vortex cooler 54 described in FIG. 2 can also be used in the same way in the embodiment according to FIG. 3 .

격납용기(6) 내부의 사용 가능한 공간이 충분히 크다면 전체 격납용기 보호 시스템(8) 또는 그 일부가 격납용기(6) 내부에 설치될 수 있다.The entire containment protection system 8 or parts thereof may be installed inside the containment vessel 6 if the available space inside the containment vessel 6 is sufficiently large.

감압 및 냉각을 목표로 하는 격납용기 보호 시스템(8)의 부분들은 감압 및 냉각 시스템(90)으로도 알려져 있다.Parts of the containment protection system 8 that target depressurization and cooling are also known as decompression and cooling systems 90.

이상의 설명에서 명백하듯. 각 도면의 다양한 특성들은 다른 도면들의 다양한 특성들과 조합될 수 있다.As is clear from the above description. Various features of each figure may be combined with various features of other figures.

핵 발전 플랜트는 BWR, PWR, WWER, HWR, HTR 등 어떤 공지의 방식도 될 수 있다.The nuclear power plant can be of any known type, such as BWR, PWR, WWER, HWR, HTR.

2: 발전 플랜트(power plant)
4: 격납용기 벽(containment wall)
6: 격납용기(containment)
8: 격납용기 보호 시스템(containment protection system)
10: 배기 배관(exhaust line)
12: 차단 밸브(shut-off valve)
14: 재결합기 유닛(recombiner unit)
16: 화염 억제기(flame arrestor)
18: 저장용기(storage container)
20: 공급 배관(feeding line)
22: 필터 유닛(filter unit)
24: 증기 응축기(steam condenser)
26: 용기(container)
28: 노즐(nozzle)
30: 역송 배관(backfeed line)
32: 역송 압축기(backfeed compressor)
34: 역송 배관(backfeed line)
36: 역송 펌프(backfeed pump)
38: 냉각 회로(cooling circuit)
40: 제1 열교환기(first heat exchanger)
42: 팽창 기관(expansion engine)
44: 제2 열교환기(second heat exchanger)
46: 압축기 펌프(compressor pump)
48: 발전기(generator)
50: 열교환기heat exchanger(과열기; superheater)
52: 드로틀 밸브(throttle valve)
54: 와류 냉각기(vortex cooler)
56: 찬 유체 배관(cold fluid line)
58: 뜨거운 유체 배관(hot fluid line)
60: 선회실(swirl chamber)
62: 원추형 노즐(conical nozzle)
64: 송풍기(blower)
66: 증기 터빈(steam turbine)
68: 발전기(generator)
80: 공급 배관(feeding line)
82: 복귀 배관(return line)
90: 감압 및 냉각 시스템(depressurization and cooling system)
2: power plant
4: containment wall
6: containment
8: containment protection system
10: exhaust line
12: shut-off valve
14: recombiner unit
16: flame arrestor
18: storage container
20: feeding line
22: filter unit
24: steam condenser
26: container
28: nozzle
30: backfeed line
32: backfeed compressor
34: backfeed line
36: backfeed pump
38: cooling circuit
40: first heat exchanger
42: expansion engine
44: second heat exchanger
46: compressor pump
48: generator
50: heat exchanger (superheater)
52: throttle valve
54: vortex cooler
56: cold fluid line
58: hot fluid line
60: swirl chamber
62: conical nozzle
64: blower
66: steam turbine
68: generator
80: feeding line
82: return line
90: depressurization and cooling system

Claims (23)

격납용기(6) 내의 분위기 속에 증기 및/또는 응축 가능한 가스의 감압 및 냉각 시스템(90)으로,
- 증기 응축기(24)로서,
- 배기 배관(10)을 통해 격납용기(6)에 연결되는 상류 포트와,
- 역송 배관(30)을 통해 격납용기(6)에 연결되는 하류 포트와,
- 역송 압축기(32)를 구비하는 상기 역송 배관을 포함하는 증기 응축기(24)와,
- 증기 응축기(24)를 재냉각시키는 재냉각 시스템을 구비하고,
상기 재냉각 시스템이 닫힌 루프의 작동 유체 열역학 사이클을 구비하고, 상기 증기 응축기(24)는 열 소스이되,
상기 재냉각 시스템이 작동 유체가 순환하는 닫힌 루프에:
- 증기 응축기(24)에 열적 결합된 제1 열교환기(40)와
- 상기 제1 열교환기(40)에 유체 연결된 팽창 기관(42)과
- 상기 팽창 기관(42)에 유체 연결된 제2 열교환기(44)와
- 제2 열교환기(44)의 하류 및 제1 열교환기(40)의 상류에 유체 연결된 압축기 펌프(46)와,
- 제1 열교환기(40)의 하류 및 팽창 기관(42)의 상류에 연결된 과열기(50)를 구비하고,
상기 팽창 기관(42)이 상기 압축기 펌프(46)를 작동시키고, 상기 과열기(50)가 배기 흐름에 의해 가열되도록 배기 배관(10)에 열적 결합되는 것을 특징으로 하는, 감압 및 냉각 시스템(90).
With a depressurization and cooling system (90) of vapors and/or condensable gases in the atmosphere in the containment vessel (6),
- as a vapor condenser (24),
- an upstream port connected to the containment vessel (6) through the exhaust pipe (10);
- a downstream port connected to the containment vessel (6) through a backflow pipe (30);
- a vapor condenser (24) comprising said backfeed piping with a backfeed compressor (32);
- with a recooling system for recooling the vapor condenser (24);
wherein the recooling system comprises a closed loop working fluid thermodynamic cycle, wherein the vapor condenser (24) is a heat source;
The recooling system is in a closed loop in which the working fluid circulates:
- a first heat exchanger (40) thermally coupled to the vapor condenser (24);
- an expansion engine (42) fluidly connected to the first heat exchanger (40);
- a second heat exchanger (44) fluidly connected to the expansion engine (42);
- a compressor pump (46) fluidly connected downstream of the second heat exchanger (44) and upstream of the first heat exchanger (40);
- a superheater (50) connected downstream of the first heat exchanger (40) and upstream of the expansion engine (42);
Decompression and cooling system (90), characterized in that the expansion engine (42) operates the compressor pump (46) and the superheater (50) is thermally coupled to the exhaust pipe (10) such that it is heated by the exhaust stream. .
청구항 1에서,
상기 재냉각 시스템이 압축기 펌프(46)의 하류 및 제1 열교환기(40)의 상류에 유체 연결된 와류 냉각기(54)를 구비하는 감압 및 냉각 시스템(90).
In claim 1,
A decompression and cooling system (90) wherein the recooling system includes a vortex cooler (54) fluidly connected downstream of the compressor pump (46) and upstream of the first heat exchanger (40).
청구항 2에서,
상기 와류 냉각기(54)가 제1 열교환기(40)의 하류 및 팽창기관(42)의 상류의재냉각 시스템의 영역에 연결되는 뜨거운 유체 유출구를 가지는 감압 및 냉각 시스템(90).
In claim 2,
A decompression and cooling system (90) in which the vortex cooler (54) has a hot fluid outlet connected to the region of the recooling system downstream of the first heat exchanger (40) and upstream of the expansion tube (42).
청구항 1에서,
배기 배관(10)이 증기 응축기(24)의 상류에 재결합기 유닛(14)을 구비하는 감압 및 냉각 시스템(90).
In claim 1,
A decompression and cooling system (90) in which the exhaust piping (10) has a recombiner unit (14) upstream of the vapor condenser (24).
격납용기(6)를 가지는 발전 플랜트(2)를 위한 격납용기 보호 시스템(8)에서,
- 격납용기(6)에 연결되며, 증기 응축기(24)가 접속되고(switched), 격납용기 분위기 배기 흐름(containment atmosphere exhaust stream)을 위한 배기 배관(10)과,
- 역송 압축기(32)가 접속되고(switched), 증기 응축기(24)로부터 격납용기(6)로의 격납용기 분위기 배기 흐름의 가스 부분을 위한 역송 배관(30)과,
- 상기 증기 응축기(24)를 재냉각시키기 위한 냉각 회로(38)을 포함하되,
상기 냉각 회로(38)가 증기 응축기(24)에 열적 결합된 제1 열교환기(40)를 구비하고, 팽창 기관(42)과, 압축기 펌프(46)와, 그리고 열 싱크에 열적 연결된 제2 열교환기(44)를 더 구비하며, 팽창 기관(42)이 압축기 펌프(46)를 작동시키고, 상기 제1 열교환기(40)와 팽창 기관(42) 사이의 냉각 회로(38) 내에 과열기(50)를 구비하고, 과열기(50)가 격납용기 분위기 배기 흐름에 의해 가열되도록 배기 배관(10)에 열적 결합되는 것을 특징으로 하는, 격납용기 보호 시스템(8).
In a containment protection system (8) for a power plant (2) having a containment vessel (6),
- an exhaust piping (10) connected to the containment vessel (6), to which the vapor condenser (24) is switched, and for a containment atmosphere exhaust stream;
- a backfeed piping (30) for the gas portion of the containment atmospheric exhaust flow from the vapor condenser (24) to the containment vessel (6), to which the backfeed compressor (32) is switched;
- a cooling circuit (38) for recooling the vapor condenser (24),
The cooling circuit (38) has a first heat exchanger (40) thermally coupled to the vapor condenser (24) and a second heat exchanger (40) thermally coupled to the expansion engine (42), the compressor pump (46) and a heat sink. a superheater (50) in the cooling circuit (38) between the first heat exchanger (40) and the expansion engine (42); and characterized in that the superheater (50) is thermally coupled to the exhaust piping (10) such that it is heated by the containment atmosphere exhaust flow.
청구항 5에서,
압축기 펌프(46)와 제1 열교환기(40) 사이의 냉각 회로(38)에 와류 냉각기(54)를 구비하는 격납용기 보호 시스템(8).
In claim 5,
A containment protection system (8) with a vortex cooler (54) in the cooling circuit (38) between the compressor pump (46) and the first heat exchanger (40).
청구항 6에서,
와류 냉각기(54)가 제1 열교환기(40)와 팽창 기관(42) 사이의 영역에서 냉각 회로(38)에 유체 연결된 뜨거운 유체 유출구를 가지는 격납용기 보호 시스템(8).
In claim 6,
A containment protection system (8) wherein the vortex cooler (54) has a hot fluid outlet fluidly connected to a cooling circuit (38) in the region between the first heat exchanger (40) and the expansion engine (42).
청구항 5에서,
재결합기 유닛(14)이 증기 응축기(24) 상류의 배기 배관(10)에 접속되는 격납용기 보호 시스템(8).
In claim 5,
A containment protection system (8) in which the recombiner unit (14) is connected to the exhaust piping (10) upstream of the vapor condenser (24).
청구항 5에서,
제2 열교환기(44)가 공기 냉각기로 구현되는 격납용기 보호 시스템(8).
In claim 5,
A containment protection system (8) in which the second heat exchanger (44) is implemented as an air cooler.
청구항 5에서,
냉각 회로(38)가 초임계 상태로 냉매를 순환시키도록 구성되는 격납용기 보호 시스템(8).
In claim 5,
A containment protection system (8) wherein the cooling circuit (38) is configured to circulate the refrigerant in a supercritical state.
청구항 5에서,
냉매가 100 ℃미만의 비등 온도를 가지는 격납용기 보호 시스템(8).
In claim 5,
A containment protection system (8) in which the refrigerant has a boiling temperature of less than 100 °C.
청구항 5에서,
냉매가 이산화탄소인 격납용기 보호 시스템(8).
In claim 5,
A containment protection system where the refrigerant is carbon dioxide (8).
청구항 5에서,
팽창 기관(42)이 증기 터빈인 격납용기 보호 시스템(8).
In claim 5,
A containment protection system (8) in which the expansion engine (42) is a steam turbine.
청구항 5에서,
팽창 기관(42)과 압축기 펌프(46)가 공통의 축을 통해 서로 기계적으로 결합되는 격납용기 보호 시스템(8).
In claim 5,
A containment protection system (8) in which the expansion engine (42) and the compressor pump (46) are mechanically coupled to each other via a common shaft.
청구항 5에서,
팽창 기관(42)이 송풍기(64) 역시 작동시키며, 송풍기(64)가 제2 열교환기(44)를 지향하는 격납용기 보호 시스템(8).
In claim 5,
The containment protection system (8), in which the expansion engine (42) also operates the blower (64), which blower (64) is directed towards the second heat exchanger (44).
청구항 5에서,
팽창 기관(42)이 역송 압축기(32)를 더 작동시키는 격납용기 보호 시스템(8).
In claim 5,
The containment protection system (8) in which the expansion engine (42) further operates the back-feeding compressor (32).
청구항 5에서,
주변 환경에 방사성 물질의 제로 방출을 위해 설계되는 격납용기 보호 시스템(8).
In claim 5,
A containment protection system (8) designed for zero release of radioactive material into the surrounding environment.
격납용기(6)와 청구항 1 내지 4 중의 어느 한 항에 따른 감압 및 냉각 시스템(90) 또는 청구항 5 내지 17 중의 어느 한 항에 따른 격납용기 보호 시스템(8)을 가지는 핵 발전 플랜트(2). A nuclear power plant (2) having a containment vessel (6) and a decompression and cooling system (90) according to any one of claims 1 to 4 or a containment protection system (8) according to any one of claims 5 to 17. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020187014792A 2015-11-09 2015-11-09 Decompression and cooling systems for containment vessels in nuclear power plants KR102479196B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2015/076106 WO2017080580A1 (en) 2015-11-09 2015-11-09 Depressurization and cooling system for a containment of a nuclear power plant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180070692A KR20180070692A (en) 2018-06-26
KR102479196B1 true KR102479196B1 (en) 2022-12-19

Family

ID=54754594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187014792A KR102479196B1 (en) 2015-11-09 2015-11-09 Decompression and cooling systems for containment vessels in nuclear power plants

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11107593B2 (en)
EP (1) EP3374719B1 (en)
KR (1) KR102479196B1 (en)
CN (1) CN108431535B (en)
CA (1) CA3004353A1 (en)
RU (1) RU2696836C1 (en)
UA (1) UA121999C2 (en)
WO (1) WO2017080580A1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101988265B1 (en) * 2017-05-24 2019-06-12 한국원자력연구원 Cooling Facility in a Reactor Vessel and Electric Power Generation System
CN107845434B (en) * 2017-10-27 2022-03-04 中国核电工程有限公司 Reactor core auxiliary cooling system of passive reactor
FR3091952B1 (en) * 2019-01-22 2022-10-14 Korea Atomic Energy Res SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING THE ATMOSPHERIC RELEASE OF RADIOACTIVE MATERIAL CAUSED BY A SERIOUS ACCIDENT
JP7453062B2 (en) 2020-05-29 2024-03-19 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 nuclear power plant
CN114121309A (en) * 2021-11-26 2022-03-01 中国核动力研究设计院 Reactor based on all-ceramic dispersion micro-packaging fuel and silicon carbide cladding
KR102627702B1 (en) * 2022-03-28 2024-01-19 현대로템 주식회사 Thermal management system for heating element using heat source supply system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150200022A1 (en) 2012-08-01 2015-07-16 Areva Gmbh Containment protection system for a nuclear facility and associated operating method

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE553051A (en) * 1955-11-30
US4513573A (en) * 1972-05-12 1985-04-30 Funk Harald F System for treating and recovering energy from exhaust gases
GB1468308A (en) * 1975-01-08 1977-03-23 Orlov V Nuclear power plant
CH629022A5 (en) * 1978-06-13 1982-03-31 Sulzer Ag CORE REACTOR SYSTEM FOR GENERATING PROCESS HEAT.
RU2127815C1 (en) * 1997-01-27 1999-03-20 Исачкин Анатолий Федорович Heat power plant with cooler
ES2305356T3 (en) * 2002-02-04 2008-11-01 Areva Np Gmbh PROCEDURE FOR CATALYTIC OXIDATION OF A GAS AND RECOMBINATION EQUIPMENT FOR THE IMPLEMENTATION OF THE PROCEDURE AND SYSTEM WITH A RECOMBINATION EQUIPMENT OF THIS TYPE.
DE102011107284A1 (en) * 2011-07-06 2013-01-10 Rwe Technology Gmbh Device for emergency cooling of a plant for exothermic processes
JP5763495B2 (en) * 2011-10-03 2015-08-12 株式会社東芝 Binary power generation system
US8783035B2 (en) * 2011-11-15 2014-07-22 Shell Oil Company System and process for generation of electrical power
DE102012213489A1 (en) * 2012-07-31 2014-02-06 Areva Gmbh Heat removal system for a nuclear installation
JP6064575B2 (en) * 2012-12-17 2017-01-25 いすゞ自動車株式会社 Exhaust heat recovery device for internal combustion engine and exhaust heat recovery method for internal combustion engine
FR3002274B1 (en) * 2013-02-15 2015-02-20 Commissariat Energie Atomique ELECTRICITY PRODUCTION PLANT COMPRISING A DEVICE FOR PRODUCING WATER VAPOR OF REDUCED HEIGHT, APPLICATION TO REP AND REB REACTORS
US9982571B2 (en) * 2013-09-25 2018-05-29 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement and method for the utilization of waste heat
CN104464845A (en) * 2014-12-03 2015-03-25 中广核工程有限公司 Nuclear power plant containment shell heat guiding out system
CN204614459U (en) * 2014-12-29 2015-09-02 国核华清(北京)核电技术研发中心有限公司 A kind of non-active nuclear power station pressure release condensation heat exchange system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150200022A1 (en) 2012-08-01 2015-07-16 Areva Gmbh Containment protection system for a nuclear facility and associated operating method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2696836C1 (en) 2019-08-06
CA3004353A1 (en) 2017-05-18
CN108431535A (en) 2018-08-21
EP3374719A1 (en) 2018-09-19
WO2017080580A1 (en) 2017-05-18
US20180261340A1 (en) 2018-09-13
CN108431535B (en) 2020-02-14
EP3374719B1 (en) 2019-08-14
KR20180070692A (en) 2018-06-26
US11107593B2 (en) 2021-08-31
UA121999C2 (en) 2020-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102479196B1 (en) Decompression and cooling systems for containment vessels in nuclear power plants
US4051892A (en) Heat dissipation system
US7328581B2 (en) Low emission thermal plant
EP2345793B1 (en) Dual reheat rankine cycle system and method thereof
US20120294407A1 (en) Nuclear Power Plant, Fuel Pool Water Cooling Facility and Method Thereof
CN103314187B (en) Turbine bypass systems and operation method thereof
CN204480678U (en) A kind of nuclear power station Heat Discharging System of Chinese
US20110056219A1 (en) Utilization of Exhaust of Low Pressure Condensing Steam Turbine as Heat Input to Silica Gel-Water Working Pair Adsorption Chiller
CN103821571B (en) A kind of Novel fire force generating system and method for work
US3557554A (en) Power conversion system operating on closed rankine cycle
RU2142171C1 (en) Method and device for producing deactivating gas
AU760916B2 (en) Multistep steam power operating method for generating electric power in a cycle and device for the implementation thereof
RU2276813C1 (en) Nuclear power plant and steam turbine
US20100060005A1 (en) Power generation system using low grade solar energy
JP2019200192A (en) Decompressing and cooling system for containment of nuclear power plant
KR101922967B1 (en) Module reactor
TW201312586A (en) Arrangement for emergency cooling of a plant for exothermic processes
RU2302674C1 (en) Containment heat transfer system
KR20220051911A (en) Carbon Dioxide Capture Device of Power Plant and Its Operation Method
JP2021189042A (en) Nuclear power plant
CA2479985A1 (en) Enhanced energy conversion system from a fluid heat stream
CZ20013331A3 (en) Steam-gas turbine with steam transformer
KR102653772B1 (en) Spent nuclear fuel cooling and process heat production system using a heat pump
ES2927719T3 (en) Operation procedure for a turbogroup and for a low-pressure steam turbine installation, and low-pressure steam turbine installation
JP2004036573A (en) Electric power/cold heat feeding combined system

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant